CN104837231B - 微波加热修复方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波加热修复方法及系统，属于复合材料结构损伤修复技术领域。具。该方法在微波发生系统和待修复构件间设置微波吸波板，微波吸波板能吸收较大部分微波，透射、反射和散射的微波极少。微波吸波板吸收微波传输的电磁能，高效转化为热量。热量作用于待修复区域，融化修复剂，连接修补件和被修复件。微波转化为热能的效率较高，但导电材料（包括金属材料、碳纤维等）对微波会有反射作用，发热不均匀，形成火花，甚至会发生爆炸。微波吸波板能有效减少微波对待修复区的直接作用，将微波以传导热量的形式作用于修复区，所以本发明既适用于不导电材料结构也适用于导电材料和结构的加热，适用于结构的原位修复。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料构件出现损伤或缺陷后的修复技术，具体涉及修复过程中的加热问题，将高效快速的微波加热技术拓展应用于导电材料和结构，属于复合材料结构安全保障领域。
背景技术
复合材料结构因其所特有的比强度高、比刚度高等特点而在航空航天、风力发电、交通运输、建筑工程等领域得到了广泛的应用。复合材料结构由多种材料根据功能需要结合而成，多种成分的结合使得结构更容易出现缺陷。在服役过程中，复合材料构件在外界因素（如复杂应力、高低温、冲击载荷、硬质物体的刮擦等）作用下，有可能形成损伤，出现裂纹、脱粘、分层等缺陷。很多复合材料结构采用一体化成型技术制造，局部的损伤或缺陷直接影响整体的可靠性。
复合材料结构的修复工作是保障其安全可靠服役的重要手段。胶接修理是修复复合材料构件缺陷和损伤的一种主要方法，有贴补修理和挖补修理两类。在修理过程中，对修复区的加热是关键因素，对修复效果具有重要的影响。目前用得比较多的加热设备是电热毯和烘箱等。这些加热设备虽然可以为修复区提供所需的高温，但加热效率不高，加热过程不易控制，多数构件不能实现原位修复。
微波加热是效率较高的加热方式，也在复合材料的修复工作中得到了应用。但导电材料对微波有反射作用，导致发热不均匀，会形成火花，甚至会发生爆炸。碳纤维增强复合材料强度高，常用于制造重要结构，但碳纤维是导电材料，所以无法直接采用微波加热进行修复。在由非导电的复合材料（如玻璃纤维增强树脂材料等）制成的构件中，也会有导电零部件，如金属导线、销钉、金属框架等，使得非导电的复合材料构件无法原位修复，影响了修复速率。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种微波加热修复方法及系统，既适用于非导电复合材料（如玻璃纤维增强材料等）制成的构件，也适用于导电复合材料（如碳纤维增强材料等）制成的构件，也适用于内部含有导电物体（如金属导线、销钉、金属框架等）的复合材料结构。
一种微波加热修复方法，用于不导电材料和结构的修复，或用于导电材料和结构的修复，其特征在于，包括以下步骤：包括以下步骤：步骤（1），对被修复件上待修复区进行清理；步骤（2），根据待修复区的形状和尺寸准备修补件；步骤（3），在修补件和待修复件间注入修复剂；步骤（4），在修补件和待修复区前方放置微波吸收板，并保持良好接触；步骤（5），连接波导和微波辐射天线，将微波辐射天线对准微波吸收板中心区域，调节微波发生器，激励待修复区域；步骤（6），根据修复工艺要求停止加热。
一种实现所述微波加热修复方法的系统，其特征在于：包括电源、微波发生器、波导、辐射天线、控制系统和微波吸收板；所述微波发生器的第一输入端与电源相连，微波发生器的第二输入端与控制系统相连，微波发生器的输出端通过所述波导与所述辐射天线相连；所述微波吸收板与辐射天线位置相对应。
所述微波发生器在电源和控制系统作用下产生强度可控的微波源，通过波导输入辐射天线，将微波引入微波吸收板，所述微波吸收板吸收微波传输的电磁能并转化为热能，作用于修补件、修复剂和被修复件，融化修复剂，连接修补件和被修复件，实现结构修复。所述微波吸收板吸收了传播的微波，对修补件、修复剂和被修复件构成微波保护，避免微波直接作用于修补件、修复剂和被修复件，达到了该方法应用于导电材料和结构修复的要求。
有益效果：本发明的一种可用于导电材料和结构修复的微波加热方法及加热系统，可不受修补件、被修复件材料性质的限制，既适用于非导电复合材料（如玻璃纤维增强材料等）制成的构件，也适用于导电复合材料（如碳纤维增强材料等）制成的构件，也适用于内部含有导电物体（如金属导线、销钉、金属框架等）的复合材料结构，实现对修复区的快速、高效原位加热，提高修复效率和质量。
与现有的加热方法先比，本发明具有以下突出优点：
1、与加热毯、烘箱等常用加热方式相比，微波加热速度快，效率高，均匀性好，可以提高修复工作的效率，节约能源。更重要的是微波吸收板中吸波材料分布均匀，使得微波加热的均匀性好，修复区温升均匀，能有效地减少修复过程中形成的温度应力，提高修复质量；
2、导电材料在微波的直接作用下会产生打火、燃烧甚至爆炸等现象，微波修复工作受此影响只能在非导电复合材料（如玻璃纤维增强材料等）制成的构件中应用。本发明突破了这一制约，使微波修复可以应用于导电复合材料（如碳纤维增强材料等）制成的构件，拓展了微波修复的应用范围；
3、复合材料内部经常铺设、安装有导电构件，如风力发电机复合材料叶片内部铺设有防雷击电缆，飞机复合材料结构内部也有大量线缆和框架，这些金属构件也不能承受微波的直接作用，为实施微波修复需要将待修复件拆卸或清除金属构件。本发明使得在实施微波修复时可以不考虑金属构件（或其他导电构件）的影响，直接在结构上实施原位加热修复，避免了结构的拆卸与清除，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明一种可用于导电材料和结构修复的微波加热方法和加热系统示意图；
图中示出：1、电源；2、微波发生器；3、波导；4、微波辐射天线；5、微波吸波板；6、修补件；7、修复剂；8、待修复件；9、控制系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，复合材料构件因其工艺特点，在制造过程中，可能形成缺陷；在使用过程中，在外界因素（如复杂应力、高低温、冲击载荷、硬质物体的刮擦等）作用下，有可能形成损伤，出现裂纹、脱粘、小孔、分层等缺陷。这些损伤和缺陷降低了结构的可靠性，影响了结构应有的功能，需要及时采取适当措施进行修复。
一种可用于导电材料和结构修复的微波加热方法，包括以下步骤：
步骤（1），对被修复件上待修复区进行清理；
步骤（2），根据待修复区的形状和尺寸准备修补件；
步骤（3），在修补件和待修复件间注入修复剂；
步骤（4），在修补件和待修复区前方放置微波吸收板，并保持良好接触；
步骤（5），连接微波波导和微波辐射天线，将微波辐射天线对准微波吸收板中心区域，调节微波源输出装置，激励待修复区域；
步骤（6），根据修复工艺要求停止加热。
如图1所示的，一种可用于导电材料和结构修复的微波加热系统，包括电源1、微波发生器2、波导3、微波辐射天线4、微波吸波板5和控制系统9。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种微波加热修复方法，用于不导电材料的结构的修复，或用于导电材料的结构的修复，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（1），对被修复件（8）上待修复区进行清理；
步骤（2），根据待修复区的形状和尺寸准备修补件（6）；
步骤（3），在修补件（6）和待修复区间注入修复剂（7）；
步骤（4），在修补件（7）和待修复区前方放置微波吸收板（5），并保持良好接触；
步骤（5），连接波导（3）和微波辐射天线（4），将微波辐射天线（4）对准微波吸收板（5）中心区域；调节微波发生器（2），激励待修复区域；
步骤（6），根据修复工艺要求停止加热。
2.一种实现权利要求1所述微波加热修复方法的系统，其特征在于：包括电源（1）、微波发生器（2）、波导（3）、辐射天线（4）、控制系统（9）和微波吸收板（5）；所述微波发生器（2）的第一输入端与电源（1）相连，微波发生器（2）的第二输入端与控制系统（9）相连，微波发生器（2）的输出端通过所述波导（3）与所述辐射天线（4）相连；所述微波吸收板（5）与辐射天线（4）位置相对应。
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